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集散控制系統在制藥企業發酵工段的應用
集散控制系統在制藥企業發酵工段的應用
目前國內制藥行業的發酵過程大多還處在傳統階段，手工操作，經驗控制，不僅操作者勞動強度大，工作效率低，能耗大，而且生產缺少科學性，受人為因素影響大，容易出現失誤，且會造成嚴重的經濟損失。本文介紹集散控制系統（DCS）在制藥企業發酵過程中的應用。
集散控制系統（Distributed Control System——DCS）是一項綜合計算機技術、網絡技術、自動控制技術、冗余及自診斷技術等*技術的分散型綜合控制系統。其界面友好，功能強大，可靠性高，操作方便，組態靈活，具有很強的適用性。
發酵過程是一個十分復雜的過程，在發酵過程中必須保持一定的培養溫度，提供合適的氧份，并及時補充菌種生長所需的營養。故要求對進罐空氣的溫度和濕度、發酵液的溫度及溶解氧含量進行有效控制，并在必要的時候進行補料。
一、系統的硬件配置
1、系統框圖：
2、系統配置（主要設備）
（1）集散控制系統（DCS）一套，包括：DCS控制站，DCS操作站及系統控制軟件。
（2）輸入、輸出機構，包括：溫度變送器、壓力變送器、流量變送器、壓差變送器、溶氧儀、氣動調節閥、電磁閥、轉速控制器、智能控制框等。
3、系統主要部分功能簡介
（1）輸入部分
輸入部分主要由溫度變送器、壓力變送器、流量變送器、壓差變送器和溶氧儀等組成，完成對現場信號的采樣和轉換，形成標準信號送控制站進行分析處理。
（2）控制站
控制站由電源箱和機籠組成，機籠上裝有各種型號的輸入、輸出及主控卡件，完成對輸入部分送來的信號處理和運算，形成顯示信息通過Scnet網絡送操作站，同時按照組態的控制方案進行運算處理，發出控制數據到執行機構。控制站還可以接收操作站發出的操作指令，轉化為控制數據輸出到執行機構。
（3）執行機構
執行機構主要由氣動調節閥、電動閥、轉速控制器和智能控制柜組成，用于接收控制站發出的操作數據，執行現場操作，完成自動控制過程。
（4）操作站
操作站由工業用PC機、顯示器和Scnet網卡組成，通過Scnet網絡實現與控制站的實時通訊，完成系統組態、控制組態、控制方案及操作信息的下載，同時接受控制站傳回的現場數據進行實時顯示，并進行記錄形成歷史數據，以供查詢。
二、系統的軟件配置
1、系統要求在windows95/98下運行
2、集散控制軟件，包括：組態軟件、流程圖設計軟件、實時監控軟件和/.用戶自定義語言。
三、工藝流程和控制方案
發酵過程菌種依此在小罐、中罐、大罐中進行培養，發酵過程為放熱反應，在發酵過程中要求保持一定的溫度，及時補充養分，并要求控制好溶解氧。
進罐空氣的溫度和濕度通過對空氣冷卻器的降溫情況和空氣加熱器的升溫情況來實現控制。
發酵液的溶解氧含量通過改變空氣進氣量和改變發酵罐攪拌轉速來實現控制。
大罐和中罐采用調節冷媒水量來控制溫度，小罐采用調節冷媒水閥和蒸汽閥來控制溫度。
四、系統運行及控制效果的評價
通過前期摸索和技術準備工作，我們投資了70余萬元采用浙大中控的JX-300DCS系統對本公司卡那霉素發酵工段進行了為期一個月的改造、安裝和調試工作，經過六個月的試運行表明，該系統運行可靠、控制靈活、操作方便，自動控制系統達到了預期的效果，滿足發酵工藝的要求。整個系統運行穩定。并取得了良好的經濟效益和社會效益。
五、效益分析
1、節約能源
發酵車間能耗大，且長周期連續運轉，故節能有十分重大的意義。
（1）減少了冷媒水用量，使冷媒水制作的實際功率從原來的40kw降低到34kw， 年可節約用電量52500kwh，年可節約費用31500元。
（2）減少了壓縮空氣的用量，使離心空壓機的實際消耗功率從原來的612kw降低到586kw，年節約用電量22770kwh00，年可節約費用136620元。
2、生產水平的提高
通過這次自動控制改造后，通過工藝能數優化，發酵生產水平有了一定的提高，平均發酵單位提高了1.8%，每年可產生252720元的經濟效益。兩項合計每年可產生31500+136620+252720=420840元的經濟效益。按以上分析，投資回收期約為17個月，由此看出，該項目是很有投資價值的。
這次改造不僅給企業帶來良好的經濟效益，而且提高了我公司的工業自動化水平，此項改造完成后我公司獲得了浙江省CIMS應用工程示范企業，同時減少了傳統生產中的人為因素，使生產更科學化，降低了操作者的勞動強度，提高了生產效率。同時也為我公司以后的工業自動化進一步的發展奠定了良好的基礎。